(2)细胞的基本功能.ppt

第二章 细胞的基本功能 细胞膜结构及物质转运功能 细胞的跨膜信号转导功能 细胞的生物电现象 肌细胞的收缩功能 第一节 细胞膜结构及物质转运功 能 一. 细胞膜的化学组成和分子结构 (the molecular composition and structure of cell membrane) 二. 细胞膜的物质转运功能 (transport across cell membrane) 一. 膜的化学组成和分子结构 (（2)细胞的基本功能.pptf) 组成：脂质、蛋白质、糖类 结构：液态镶嵌模型 以液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具 不同结构和功能的蛋白质 （一）脂质双分子层 磷脂（70%）、胆固醇（30%） 由磷酸和碱基构成的亲水性极性基团 由两条较长的脂酸烃链构成的疏水性非极性基团 脂质特点：熔点低、体温下为液态 具有某种流动性和稳定性 （二）细胞膜蛋白质决定细胞的功能 表面蛋白：附着在膜表面 整和蛋白：贯穿膜的脂质双分子层 （三）细胞膜糖类 量少，寡糖（糖蛋白或糖脂形式） 意义：作为细胞或所结合蛋白质的“标志” （一） 单纯扩散（simple diffusion） 脂溶性物质由膜的高浓度一侧移到膜的低浓 度一侧 决定扩散方向和速度的因素：浓度差，通透性 通透性：物质通过膜的难易程度 转运的物质： o2、co2、nh3 、n2 、尿素、乙醚、 乙醇、类固醇类激素 等 二. 细胞膜的物质转运功能 （二） 易化扩散（facilitated diffusion） 在膜上特殊蛋白介导下，物质由膜的高浓度 一侧向膜的低浓度一侧的转运 经载体易化扩散：载体蛋白介导(f) 特点：特异性、饱和性、竞争性抑制 转运物质：gs，aa 等。 经通道易化扩散：通道蛋白介导 (f) 特点：离子选择性 门控特性 电压门控通道 化学门控通道 机械门控通道 单纯和易化扩散均为被动转运： 顺梯度（动力），不耗能 (f) 转运物质：离子（k+、ca2+、 na+） （三）主动转运（active transport） 通过耗能过程，逆浓度梯度将物质由低浓 度一侧转运到膜的高浓度一侧 1.原发性主动转运（离子泵） 意 义 建立势能贮备 提供能量 造成细胞内外离子的不均衡分布 生物电产生的基础 有atp酶活性，分解atp供能 排出3na+，摄入2k+ 钠钾泵（f） 2.继发性主动转运(secondary active transport) (四）出胞与入胞（exocytosis and endocytosis ） 大分子物质或物质团块借助于细胞膜的运动 进出细胞的过程。 2入胞：吞噬（固体），吞饮（液体）(f) 1出胞：分泌囊泡形式 间接利用atp能量的主动转运过程。 同向转运 (f) 逆向转运 第二节 细胞的跨膜信号转导功 能 二. 离子通道受体介导的跨膜信号转导 一. g蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 三. 酶耦联受体介导的跨膜信号转导 2.g-蛋白（鸟苷酸结合蛋白） 一.g蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 （一）组成 （1）是受体与效应器间具有信息传导功能的蛋白（ f） （2）分激活型g-蛋白（gs）、抑制型g-蛋白（gi ） 1.g蛋白耦联受体 （receptor） 7次跨膜受体。 （二）跨膜传递过程 （三）主要途径 1.受体-g-蛋白-ac途径 h-r g蛋白 g蛋白效应器酶 第二信使 蛋 白激酶或 通道 底物蛋白磷酸化 细胞生物效应 4.第二信使：(second messenger) camp、cgmp、ip3、dg、ca2+ 3.膜效应器酶 （腺苷酸环化酶、磷脂酶c、磷脂酶a2）被激活（抑制） 后导致膜内第二信使增多（减少） 化学信号 + 受 体 激活膜内侧 g-蛋白 g-蛋白的亚单位与gdp分离 亚单位与gtp结合 并与和亚单位分离 亚单位 与膜内 效应器酶 结合 效应器酶 被激活 胞浆内atp 被分解为 camp（第二信使） 使胞浆中蛋白激激活酶 某种蛋白质被磷酸化 蛋白质功能改变 2.受体- g蛋白- plc途径 膜外n端：识别、结合第一信使 膜内c端：激活g蛋白 激素（第一信使） 兴奋性g蛋白(gs) 激活磷脂酶c(plc) pip2 (第二信使） ip3 和 dg 激 活 蛋白激酶c 内质网 释放ca2+ 激活g蛋白(与、亚单位分离) 细胞内生物效应 结合g蛋白偶联受体 二.离子通道受体介导的跨膜信号转导 离子通道受体（促离子型受体）(f) 1化学门控通道（ chemically-gated channel ） 2电压门控通道（voltage-gated channel） 3机械门控通道（mechanically-gated channel ） 直接激活膜内肽段 化学信号 + 膜外肽段 膜内肽段中的 酪氨酸残基磷酸化 其它蛋白质底物中的 酪氨酸残基磷酸化 细胞功能改变 三. 酶耦联受体介导的跨膜信号转导 （一）酪氨酸激酶受体（tkr） 只有一个跨膜螺旋和一个较短的膜内片段 直接激活gc 化学信号（anp） + 膜外n段 膜内生成cgmp,并激 活pkgcc pkg可使蛋白质底物 磷酸化 细胞功能改变 （二）鸟苷酸环化酶受体（gc） 只有一个跨膜螺旋，膜外侧有配体结合位点和膜内 侧有gc结构域，可激活gc 第三节 细胞的生物电 一. 静息电位 二. 动作电位 三.组织的兴奋和兴奋性 生物电(bioelectricity) 生物细胞在安静或活动状态存在的电活动 。 分类 组织器官：综合电活动 心电、脑电、肌电 等 单细胞 受刺激时：动作电位 安静时：静息电位 一. 静息电位（resting potential，rp） （一）概念(f) 细胞在安静（未受刺激）时，存在于细胞内 外两侧的电位差 特点：内负外正、相对恒定 大小：哺乳类动物神经细胞和肌细胞 （-70 -90mv） 100mv 90mv (rp) 80mv 0mv +30mv 极化 去极化 复极化 超极化 k + 平衡电位 膜内外301的k浓度差(动力) 安静时k通道开放 ( 通透性) k+外流 电位差（阻力 ） 浓度差（动力） = （即静息电位、膜电位） （二）产生机制 结论：k+外流，形成内负外正的rp 1.静息电位的产生条件(f) (1)有动力：细胞膜内、外离子分布不匀 (2)有通透性：静息状态下细胞膜对k+的通透性高 带电离子的跨膜转运 2.静息电位的产生过程(f) (f) 二. 动作电位（active potential，ap ） 细胞受刺激后，在静息电位的基础上，膜两 侧出现快速、可逆、可扩布的电位变化。 （一）ap 的概念(f) 分为 上升支（去极相）(f) 下降支（复极相） 后电位 锋电位 负后电位 正后电位 1“全或无”现象 （二）ap的特点 2不衰减性传导 3脉冲式 因绝对不应期的存在，动作电位不可能融合 ap去极化至+30mv时（超射值）na+平衡 电位 （三）产生机制 (f) 1.去极相：na+内流 带电离子的跨膜转运膜内外存在na+浓度差 受刺激时na+通道开放 2.复极相： k+外流 (f) （四）ap的引起 可兴奋组织（rp） 阈电位 ap 阈刺激、阈上刺激 1阈电位(threshold potential)（f ） 引发膜上na+通道大量开放（引发ap）的临界膜电 位称为阈电位。 2. 局部反应（局部兴奋） 阈下刺激少量na内流产生低于阈电位 的去极化局部反应（f） （1）非“全或无”式：其大小随刺激强度的 变 化而变化 （2）电紧张扩布 （3）总和：时间总和及空间总和 定义： 特点： （五）ap的传导 局部电流（细胞膜依次产生ap的结果） 刺激 可兴奋细胞 动作电位（兴奋）反应） 本质表现 外在表现 神经、肌肉、腺细胞 前提 1兴奋性(excitability) 可兴奋细胞或组织受刺激后产生ap的能力。 三.组织的兴奋和兴奋性 （一）兴奋和可兴奋细胞 （二）组织的兴奋性和与阈刺激 2刺激(stimulus) 刺激：细胞所处环境因素的变化 刺激三要素： 刺激强度、时间、强度-时间变化率 阈刺激：刺激强度等于阈值的刺激。 阈上刺激：刺激强度大于阈值的刺激。 阈下刺激：刺激强度小于阈值的刺激。 阈强度(阈值，threshold intensity)：把刺激 的持续时间和强度-时间变化率固 定，能使组织发生兴奋的最小刺激 强度。 （三）细胞兴奋后兴奋性的变化（f) 绝对不应期的意义： 决定两次兴奋的最小间隔时间 1.1.绝对不应期绝对不应期 2.相对不应期 3.超常期 4.低常期 第四节 肌细胞的收缩功能 一. 神经-肌肉接头处兴奋传递 四. 骨骼肌的兴奋收缩耦联 三. 骨骼肌的收缩机制 二. 骨骼肌的微细结构 五. 影响骨骼肌收缩效能的因素 ap在神经纤维上传导 n-m接头处兴奋传递 ap在骨骼肌细胞上传导 骨骼肌的兴奋-收缩耦联 骨骼肌肌丝滑行收缩 骨骼肌细胞兴奋、收缩过程：（f） 一. 神经-肌肉接头处兴奋传递 （一）n-m接头结构（f） 接头间隙：充满细胞外液 接头后膜（终板膜）：有ach r、na+、k+通道等 接头前膜：突触囊泡（含ach）、膜上有ca+通道 神经纤维上ap 前膜前膜上ca通道开放，ca2+内 流大量ach释放至间隙结合于ach-r，构型改变终 板膜上离子通道开放na内流 终板电位总和达 到肌细胞的阈电位邻近肌膜产生ap（兴奋）(f) （二）兴奋传递过程 电（神经纤维上ap）化学(ach)电（骨骼肌上ap）传递 （f） （三）影响兴奋传递的因素 （1）阻断ach受体：筒箭毒和银环蛇 毒-肌松剂。 （2）破坏ach受体：重症肌无力 （3）接头前膜ach释放：肉毒杆菌中毒 （4）胆碱酯酶失活：有机磷农药，新斯 的明 二.骨骼肌的微细结构（f） （一）肌原纤维和肌小节（f) 肌小节：暗带+ 2个1/2的明带 （二）肌管系统(f) 1.横管：传递电信号 2.纵管（肌质网）：末端称终池 三. 骨骼肌收缩的机制（滑行理论 ） （一） 肌丝的分子组成(f) 2细肌丝：由三种蛋白组成（f） 1）肌纤蛋白：存在与横桥结合位点 2）原肌凝蛋白：隔离横桥与肌纤蛋白 3）肌钙蛋白：可与ca2+结合 1粗肌丝：由肌凝蛋白组成杆+头（横桥） 与细肌丝可逆结合，拖动细肌丝向m线滑行 具atp酶活性，分解atp供能 （三）滑行过程（f） 肌浆中ca2+ ca2+与亚基结合亚基传递 信息原肌凝蛋白变构暴露横桥与肌动蛋白结合位 点横桥与肌动蛋白结合拖动细肌丝向m线方向滑行 肌肉收缩 肌小节、明带、h区变短 暗带长度不变 （二）滑行学说 肌肉收缩时，无肌丝缩短和卷曲， 是细肌丝在粗肌丝间滑行的结果 (f) 兴奋-收缩耦联过程 ：(f) 肌膜ap沿横管膜传导三联体的信息传递终池ca2+ 释放 肌浆中ca2+ 肌丝滑行收缩 ca2+被肌质网上的钙泵回收，引起肌细胞的舒张 四.骨骼肌的兴奋收缩耦联 将肌细胞兴奋与肌纤维收缩连接起来的中介过程 五.影响骨骼肌收缩的因素 1前负荷（初长度）（preload)（f） 1）定义： 肌肉收缩前承受的负荷。 2）长度-张力曲线： 反映初长度与肌肉收缩张力关系的曲线 短于最适初长 最适初长 长于最适初长 正比 反比 肌肉产生最大张力时的初长度 按肌肉收缩效能 等长收缩 等张收缩